基于LAKER和HSPICE软件的电源管理芯片设计

论文摘要

开关电源具有集成度高、外围电路简单、电源效率高和低功耗等优点,以及在体积和价格等方面的优势,使其在电源市场中占有的份额不断增长。尤其是那些对体积、重量以及效率非常敏感的电子系统,更要求开关电源体积更小,重量更轻。随着环保意识的增强,一些发达国家对节能的要求也越来越高。这两方面的要求促使开关电源集成电路向着更高性能发展。随着SOC规模的扩展和系统对于电源性能的要求迅速提高,减少系统的功耗并且提高系统的稳定性成为制约SOC进一步发展的关键因素。所以迫切需要一种能够与之相适应的高性能电源管理IC。它能够集成更多的数字控制电路(包括时序逻辑、DSP及其固化算法等)和保护电路,以实现功能更强的智能控制能力和满足系统对稳定性的苛刻要求。因此,本文设计了一种新型开关电源管理集成电路,它采用了BCD高低压兼容工艺的设计与制造方案,将电源、控制和大功率驱动电路集成于同一芯片上。芯片中采用了数字控制逻辑(电流极限机和自动重启计数器)来保护芯片、降低芯片的功耗,满足系统对稳定性的要求。论文首先介绍了开关电源的电路拓扑结构,阐述了开关电源的调制方式(包括:PWM、PFM和PSM)的基本原理,给出理论依据。然后根据功能需要进行了电路的总体结构设计,结合使用条件说明工作过程。同时,根据应用要求我们详细分析了电路的整体结构及振荡电路、过热保护、基准电路、过压欠压、调整电路等主要模块。并采用电流极限机、自动重启计数器来保护芯片、降低芯片的功耗,从而提高整个芯片的效率。最后利用LAKER与HSPICE软件完成了功能模块与整体电路的仿真与验证,使芯片的各个性能参数达到设计要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 开关电源的发展
• 1.2 国内外动态
• 1.3 开关电源技术的分类
• 1.4 本文所做的工作
• 第二章 开关电源电路原理设计
• 2.1 开关电源的电路拓扑结构
• 2.1.1 Buck 变换器
• 2.1.2 Boost 变换器
• 2.1.3 Invert 变换器
• 2.1.4 Cuk 变换器
• 2.2 开关电源调制方式
• 2.2.1 PWM 调制
• 2.2.2 PFM 调制
• 2.2.3 PSM 调制
• 2.3 开关电源控制模式
• 2.3.1 电压控制模式
• 2.3.2 电流控制模式
• 2.4 开关电源结构
• 第三章 子模块电路设计
• 3.1 带隙基准
• 3.1.1 电路原理
• 3.1.2 仿真验证
• 3.2 基准电流源电路
• 3.2.1 仿真验证
• 3.3 过温保护电路
• 3.3.1 过温保护原理
• 3.4 过压和欠压保护电路
• 3.4.1 比较器原理
• 3.4.2 本课题的过压欠压比较图
• 3.4.3 仿真波形
• 3.5 过流保护
• 3.5.1 过流保护原理和实际电路图分析
• 3.5.2 仿真电路图
• 3.6 调整器电路
• 3.7 OSC 电路
• 3.7.1 OSC 电路结构分析
• 3.7.2 OSC 的仿真波形
• 3.8 电流极限状态机
• 3.8.1 电流极限状态机工作原理
• 3.8.2 电流极限状态机的计数器电路
• 3.8.3 电流极限状态机的分析和仿真
• 3.9 自动重启计数器
• 3.9.1 自动重启计数器电路结构原理分析
• 3.9.2 自动重启计数器电路仿真
• 3.10 整体仿真
• 3.10.1 整体芯片结构
• 3.10.2 整体仿真结果
• 第四章 软件运用
• 4.1 HSPICE 软件介绍
• 4.1.1 HSPICE 的电路描述语言
• 4.1.2 电路特性分析描述语句
• 4.1.3 HSPICE 的运用步骤
• 4.2 LAKER 软件介绍
• 4.2.1 LAKER 软件的优点
• 4.2.2 LAKER 的运用步骤
• 第五章 结论
• 致谢
• 参考文献